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0.1℃精度、16bitADC、超低功耗、1-wire & I2C接口数字高精度温度传感芯片MTS01、MTS01P、MTS01W

1.概述


MTS01、MTS01P、MTS01W是高精度数字模拟混合信号温度传感芯片,最高测温精度±0.1℃,可Pin to Pin兼容替代Sensirion STS35,用户无需进行校准。其中,MTS01可用于体温检测,MTS01P最低测温可达-88℃超低温,可广泛适用于冷链物流、仓储等对低温监控要求严格的应用场景。


温度芯片感温原理基于CMOS半导体PN节温度与带隙电压的特性关系,经过小信号放大、模数转换、数字校准补偿后,数字总线输出,具有精度高、一致性好、测温快、功耗低、可编程配置灵活、寿命长等优点。


温度芯片内置16-bit ADC,分辨率0.004°C,具有-70°C到+150°的超宽工作范围。芯片在出厂前经过100%的测试校准,根据温度误差特性进行校准系数的拟合,芯片内部自动进行补偿计算。芯片支持数字单总线和I2C双通信接口:单总线适合长线缆、多节点的分布式传感应用场景,最多可支持100个节点100至500米长的测温节点串联组网。芯片具有唯一的64位ID序列号,芯片的ID搜索、测温数据内存访问、功能配置等均可通过数字单总线协议指令实现,上位机微处理器只需要一个GPIO端口便可进行读写访问;I2C接口适合高速率的板级应用场景,最高接口速度可达400kHz。


芯片内置非易失性E2PROM存储单元,用于保存芯片ID号、高低温报警阈值、温度校准修正值以及用户自定义信息,如传感器节点编号、位置信息等。芯片另有ALERT报警指示引脚,便于用户扩展硬件报警应用。


2.特性

 

  • 最高测温精度:±0.1℃
  • 测温范围:-70°C ~ +150°C
  • 低功耗:典型待机电流0.1µA@3.3V,测温峰值电流0.45mA@3.3V,测温平均电流5.2μA(@3.3V,1s周期)
  • 宽工作电压范围:1.8V-5.5V
  • 感温分辨率:16位输出,最高分辨率0.004°C                                                       
  • 温度转换时间可配置:10.5ms/5.5ms/4ms
  • 可配制单次/周期测量
  • 用户可设置温度报警
  • 32 bit额外E2PROM空间用于存放用户信息 
  • 每颗芯片有64bit的ID序列号,便于多点组网寻址                                                                                                                        
  • 标准单总线接口 & I2C接口


3.应用

 

  • 智能穿戴
  • 电子体温计
  • 动物体温检测
  • 医疗电子
  • 冷链物流、仓储
  • 智能家居
  • 热表气表水表
  • 替代PT100/PT1000

 

产品信息

型号 0.1℃精度区间 封装 尺寸
MTS01 +28℃ to +43℃ DFN8 2.5*2.5*0.7mm
MTS01P
-20℃ to +30℃
MTS01W +20℃ to +70℃

备注:其他温度区间精度特性详见“测温性能指标”。

 

4.封装管脚描述及实物图

 

          

                                                                   正面透视图

 

 

 

管脚编号                    管脚名称                        

I/O                      

说明

1 SDA/DQ 输入/输出 I2C /单总线数据线
2 ADDR 输入

I2C地址选择,不可悬空。

0:I²C地址为x44;1:I²C 地址为x45。

3 ALERT 输出 报警指示
4 SCL 输入/输出 I2C时钟线
5 VDD 电源
6 nRESET 输入

复位,低电平有效。

不用时可以悬空或者用大于2kΩ电阻上拉至VDD。

7 Mode 输入

接口模式选择,不可悬空。

低电平时,引脚1为I2C SDA,引脚4为I2C SCL;高电平时,引脚1为单总线的DQ,引脚2和引脚4无效。

8 GND
导入焊盘 NC

悬空或接地

备注 1:电路设计时,导热焊盘悬空或接地。 1)若贴在 PCB 上,推荐导热焊盘接地;2)若导热焊盘贴金属片用于接触式体温检测,则推荐不接地。


5.结构框图

 

 

温度传感器的原理框图见上图。64位ROM存储了器件的唯一ID序列号,暂存器包含了两个字节的温度寄存器,存储来自于传感器的数字输出。另外,暂存器和扩展暂存器提供了报警触发阈值寄存器。配置寄存器允许用户设定温度数字转换重复性和连续测量频率。状态寄存器可以查询报警状态。数据可存入非易失性存储,芯片掉电时数据不会丢失。 

 

6.典型应用电路


6.1MTS01单总线典型应用电路原理图

 

备注1:长线缆或多点驱动条件下,请尽可能保证供电电压在3.3V以上。
备注2:长线缆或多点驱动条件下,上拉阻值优先考虑1K阻值。
备注3:5V电压、1K上拉电阻条件下,单总线可串联100颗MTS01,线缆最长可达500米。


6.2MTS01 I2C总线典型应用电路原理图

 

 

7.测温性能指标

 

参数

符号

条件

最小

典型

最大

测温范围

-70℃

+150℃

温度误差

tERR

MTS01

±0.1℃@+28°C to +43°C

±0.5℃@-10℃ to +60℃

MTS01Z

±0.1℃@0℃ to +50℃

±0.2℃@-10℃ to +60℃

±0.5℃@-30℃ to +70℃

MTS01W

±0.1℃@+20℃ to +70℃

±0.2℃@0℃ to +75℃

±0.5@-20℃ to +90℃

全适用

±1.5℃@-55°C to +125°C

全适用

±2℃@-70°C to +150°C

重复性

低重复性设置

0.07℃

中重复性设置

0.05℃

高重复性设置

0.03℃

分辨率

0.004℃

响应时间

τ63

2s

长期漂移

0.03°C/年

备注1:重复性设置中,通过配置不同滤波带宽,实现不同输出精度。

 

图7-1  MTS01精度误差曲线

 

图7-2  MTS01P精度误差曲线

 

图7-3  MTS01W精度误差曲线

 

8.电气规格


8.1 绝对最大额定值


以下为极限参数,对于器件在此极限条件或高于此极限条件的环境中的功能运行,本规格书并不适用。请注意长期暴露于此极限环境会影响器件的可靠性。

 

参数

额定值

单位

供电电压VDD

-0.3 to 6

V

引脚上的最大电压

-0.3 to 6

V

引脚上的输入电流

±100

mA

运行温度范围

-70 to 150

存储温度范围

-70 to 150

焊接温度

参考 IPC/JEDEC J-STD-020 规范

ESD HBM (人体放电模式)

±8

kV

 

8.2 电气特性

 

参数

符号

条件

最小

典型

最大

单位

备注

电源

供电电压

VDD

 

1.8

3.3

5.5

V

 

电源压摆率变化

VDD

slew

20

V

/ms

VDD线VDDmin和VDDmax之间电压变化应该比最大压摆率慢更快的压摆率可能导致复位。

供电电流

IDD

待机

0.1

1

uA

传感器在单次测量模式下不进行测量时的电流

周期测量模式

55

uA

传感器在周期测量模式下不进入睡眠

测量峰值

447

uA

 

平均

5.2

uA

单次模式,高重复性,1次测量/s

数字输入/输出

输入逻辑低

VIL

SCL, DQ/SDA

0.3*VDD

V

 

输入逻辑高

VIH

SCL, DQ/SDA

0.7*VDD

V

 

输出低电平电压

VOL

IOL = -3 mA

0.4

V

 

输入漏电流

IIN

-0.1

0.1

uA

 

报警输出驱动强度

IOH

1.5* VDD

mA

 

上拉电阻

Rup

 

1

10

100

 

 

8.3 交流电气特性-非易失性存储器


-55℃到+125℃;VDD=1.8V到5.5V

 

参数 符号 条件 最低 典型 最大 单位
非易失存储写周期 tWR —— —— —— 40 ms
E2PROM写次数 NEEWR -55°C到+55°C 50000 —— ——
E2PROM数据保留 tEEDR -55°C到+55°C —— 10 ——

 

9.封装图DFN8(2.5Χ2.5Χ0.7mm)